鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法。系統包括：鹽差能發電模塊、海水淡化模塊和控制模塊；鹽差能發電模塊包括管道循環泵、料液集水罐、驅動溶液集水罐、增壓泵、正滲透膜組和水輪發電機，料液集水罐通過管道循環泵與正滲透膜組的淡水通道連接，驅動溶液集水罐通過增壓泵與正滲透膜組的海水通道連接，正滲透膜組的海水通道的出口連接水輪發電機；海水淡化模塊包括產水水箱、反滲透膜組和海水淡化泵，海水淡化泵連接在水輪發電機和反滲透膜組的海水通道之間，反滲透膜組的淡水通道連接產水水箱；控制模塊包括計算機，計算機分別與管道循環泵、增壓泵、水輪發電機和海水淡化泵連接。
【專利說明】
鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及機械設備，尤其涉及一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法。
【背景技術】
[0002]我國水資源的比重中，淡水資源僅為2.5%，海水資源則占到9 7.5%，大力發展海水淡化技術是解決沿海地區淡水資源短缺的新趨勢。目前，海水淡化應用技術主要有:多級閃蒸法、低溫多效蒸餾法、反滲透法和電滲析法。由于反滲透技術具有經濟效益顯著，系統應用靈活、操作維修方便，原水回收率高等特點，在海水淡化領域的應用最為廣泛。在實際使用過程中，反滲透法需要采用滲透膜，并通過栗對滲透膜施加恒定水力壓力輸入，導致能耗較大。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是:提供一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法，實現通過鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統降低能耗。
[0004]本發明提供的技術方案是，一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，包括:鹽差能發電模塊、海水淡化模塊和控制模塊;所述鹽差能發電模塊包括管道循環栗、料液集水罐、驅動溶液集水罐、增壓栗、正滲透膜組和水輪發電機，所述料液集水罐通過所述管道循環栗與所述正滲透膜組的淡水通道連接，所述驅動溶液集水罐通過所述增壓栗與所述正滲透膜組的海水通道連接，所述正滲透膜組的海水通道的出口連接所述水輪發電機；所述海水淡化模塊包括產水水箱、反滲透膜組和海水淡化栗，所述海水淡化栗連接在所述水輪發電機和所述反滲透膜組的海水通道之間，所述反滲透膜組的淡水通道連接所述產水水箱;所述控制模塊包括計算機，所述計算機分別與所述管道循環栗、所述增壓栗、所述水輪發電機和所述海水淡化栗連接。
[0005]進一步的，所述正滲透膜組的淡水通道的出口連接所述料液集水罐。
[0006]進一步的，所述反滲透膜組的海水通道的出口通過電動閥連接所述驅動溶液集水罐，所述電動閥與所述計算機連接。
[0007]進一步的，所述料液集水罐中設置有料液電導率傳感器，所述驅動溶液集水罐中設置有驅動溶液電導率傳感器，所述反滲透膜組的海水通道中設置有濃水電導率傳感器，所述料液電導率傳感器、所述驅動溶液電導率傳感器和所述濃水電導率傳感器分別與所述計算機連接。
[0008]本發明還提供一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化方法，采用上述鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其中，料液集水罐中盛放有污水，驅動溶液集水罐中盛放有海水，具體方法包括:鹽差能發電模式和海水淡化模式；
鹽差能發電模式為:料液集水罐中的污水通過管道循環栗栗入到正滲透膜組的淡水通道中，驅動溶液集水罐中的海水通過增壓栗栗入到正滲透膜組的海水通道中，在滲透壓的作用下，污水中的淡水滲透到海水側，使得正滲透膜組的海水通道內的流體靜壓力上升，正滲透膜組的海水通道與水輪發電機相連，并利用上升的流體靜壓力驅動水輪發電機運轉，以將鹽差能轉化為電能；
海水淡化模式為:流經水輪發電機的海水被海水淡化栗栗入到反滲透膜組，在反滲透作用下，部分海水被淡化形成淡水。
[0009]本發明提供的鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統及方法，通過利用生活或工業污水和海水在正滲透膜組中進行滲透，在滲透壓的作用下將通過海水驅動水輪發電機轉動發電，同時，流經水輪發電機的海水通過海水淡化栗栗入到反滲透膜組中進行反滲透便可以完成海水淡化的作用，在海水淡化的過程中，可以充分利用滲透壓的作用，以減少不必要的壓力輸入，提高整個系統的能源利用效率，實現通過鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統降低能耗。另外，針對鹽差能利用、海水淡化、廢水資源化回收利用、以及節能減排而開發的，最后可以充分回收廢水中的水資源用于稀釋海水，降低RO階段操作壓力從而降低海水淡化整個的設備投資以及降低后續濃縮廢水溶質資源回收的能量消耗，故具有較好的經濟及社會效益。
【附圖說明】
[0010]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0011]圖1為本發明鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統實施例的原理圖。
【具體實施方式】
[0012]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0013]如圖1所示，本實施例鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，包括:包括:鹽差能發電模塊1、海水淡化模塊2和控制模塊;所述鹽差能發電模塊I包括管道循環栗12、料液集水罐U、驅動溶液集水罐14、增壓栗15、正滲透膜組13和水輪發電機16，所述料液集水罐11通過所述管道循環栗12與所述正滲透膜組13的淡水通道連接，所述驅動溶液集水罐14通過所述增壓栗15與所述正滲透膜組13的海水通道連接，所述正滲透膜組13的海水通道的出口連接所述水輪發電機16 ；所述海水淡化模塊2包括產水水箱23、反滲透膜組22和海水淡化栗21，所述海水淡化栗21連接在所述水輪發電機16和所述反滲透膜組22的海水通道之間，所述反滲透膜組22的淡水通道連接所述產水水箱23;所述控制模塊包括計算機3，所述計算機3分別與所述管道循環栗12、所述增壓栗14、所述水輪發電機16和所述海水淡化栗21連接。
[0014]具體而言，本實施例鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統包括管道循環栗
12、料液集水罐11、料液電導率傳感器31、驅動溶液集水罐14、驅動溶液電導率傳感器32、增壓栗15、正滲透膜組13、水輪發電機16、海水淡化栗21、反滲透膜組22、濃水電導率傳感器33、產水水箱23、計算機3、電動閥34。【具體實施方式】為:料液集水罐11中的料液通過管道循環栗12栗入到正滲透膜組13的淡水通道中，4中的海水通過6栗入到正滲透膜組13的海水通道中。在滲透壓的作用下，淡水滲透到海水側，使得該側流體靜壓力上升。正滲透膜組海水側出口與水輪發電機16相連，并利用上升的流體靜壓力驅動水輪發電機運轉，從而將鹽差能轉化為電能。釋放掉能量后的稀釋海水被海水淡化栗21栗入到12反滲透膜組中，通過施加一定的壓力，在反滲透作用下，該部分海水被淡化，進而產出可直接利用的淡水。
[0015]料液電導率傳感器31、驅動溶液電導率傳感器32和濃水電導率傳感器33可以實時監測溶液的濃度變化，并將結果反饋到計算機3;計算機3對反饋結果進行分析處理后，發出指令調控管道循環栗12、增壓栗15和海水淡化栗21的轉速，使其輸出流量適應膜組需求，達到最佳狀態。料液集水罐11和管道循環栗12通過管道相連，料液電導率傳感器31安裝在料液集水罐11中，探頭沉入到料液中約5cm左右;管道循環栗12出口與正滲透膜組13淡水通道進口連接，污水經過正滲透膜組13發生滲透之后，又通過管道回到料液集水罐11中。增壓栗15和驅動溶液集水罐14相連接，驅動溶液電導率傳感器32安裝在驅動溶液集水罐14中，探頭沉入驅動溶液5cm左右用于監測驅動濃度變化。增壓栗15出口與正滲透膜組13的海水通道進口連接，海水被栗入到正滲透膜組13之后，在滲透壓的作用下，淡水通道中的水滲透到海水通道，滲透壓差被轉化為流體靜壓。正滲透膜組13海水通道的出口與水輪發電機16相連，在正滲透作用下，海水通道產生的流體靜壓及施加的相應大小的被壓共同驅動水輪發電機16旋轉，將壓力能轉化為電能。
[0016]計算機3根據料液電導率傳感器31和驅動溶液電導率傳感器32監測到的數據，分析處理之后發出指令調控管道循環栗12和增壓栗15的轉速，使正滲透膜組兩側溶液保持最佳滲透效果。
[0017]壓力能釋放完成后被海水淡化栗21栗入到反滲透膜組22。計算機3根據濃水電導率傳感器33監測到的溶液濃度，進行分析處理并發出指令調控海水淡化栗21的轉速，進而控制反滲透膜組22進口的流量和壓力。在反滲透作用下，淡化后的海水排入產水水箱23中。
[0018]由于在海水淡化過程中，反滲透膜組進口側的海水濃度不斷升高，當濃度等于或者高于驅動溶液集水罐14中海水的初始濃度時，停止淡化過程，打開電動閥34將該部分海水栗入到驅動溶液集水罐14中反復利用。
[0019]本實施例中料液采用的是預處理后的污廢水，對其濃度不做具體限制；生活污水工業污水如果直接排放掉并不產生任何經濟效益，若采用本發明裝置處理后，不但可以產生電能，還能減少對環境的污染。驅動溶液采用的是海水，由于海水分布廣泛，獲取容易，所以可以有效降低投資成本；另外，理論上正滲透膜組兩側濃度差越大所產生的滲透壓差也就越大，但考慮到系統的綜合應用及膜的實用壽命等影響因素，濃度差的界定并不是越大越好，同時也要衡量發電的成本等。本實施例中，正滲透，反滲透膜元件的數量可以綜合考慮發電廠的容量，特定濃度差下功率密度，淡水需求量確定所需膜面積，然后根據具體計劃選擇膜的型號數量。本實施案例中淡化海水采用的是超低壓模式，既可以充分利用釋放掉壓力能后的海水，還可以在工藝流程中省去能量回收裝置，降低項目投資成本。本實施例中水輪發電機所產生的電能整合處理之后也可以給栗和計算機等耗電設備供電。
[0020]本發明的發電系統和海水淡化工藝，對于推廣鹽差能的開發利用，簡化海水淡化流程降低淡化成本具有重要的意義，特別是對沿海城市及海島居民，這種發明在解決發電問題的同時還能將污廢水重新利用起來，綠色且又環保。
[0021]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其特征在于，包括:鹽差能發電模塊、海水淡化模塊和控制模塊； 所述鹽差能發電模塊包括管道循環栗、料液集水罐、驅動溶液集水罐、增壓栗、正滲透膜組和水輪發電機，所述料液集水罐通過所述管道循環栗與所述正滲透膜組的淡水通道連接，所述驅動溶液集水罐通過所述增壓栗與所述正滲透膜組的海水通道連接，所述正滲透膜組的海水通道的出口連接所述水輪發電機； 所述海水淡化模塊包括產水水箱、反滲透膜組和海水淡化栗，所述海水淡化栗連接在所述水輪發電機和所述反滲透膜組的海水通道之間，所述反滲透膜組的淡水通道連接所述產水水箱； 所述控制模塊包括計算機，所述計算機分別與所述管道循環栗、所述增壓栗、所述水輪發電機和所述海水淡化栗連接。2.根據權利要求1所述的鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其特征在于，所述正滲透膜組的淡水通道的出口連接所述料液集水罐。3.根據權利要求1所述的鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其特征在于，所述反滲透膜組的海水通道的出口通過電動閥連接所述驅動溶液集水罐，所述電動閥與所述計算機連接。4.根據權利要求1-3任一所述的鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其特征在于，所述料液集水罐中設置有料液電導率傳感器，所述驅動溶液集水罐中設置有驅動溶液電導率傳感器，所述反滲透膜組的海水通道中設置有濃水電導率傳感器，所述料液電導率傳感器、所述驅動溶液電導率傳感器和所述濃水電導率傳感器分別與所述計算機連接。5.—種鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化方法，其特征在于，采用如權利要求1-4任一所述的鹽差能發電耦合超低壓反滲透海水淡化系統，其中，料液集水罐中盛放有污水，驅動溶液集水罐中盛放有海水，具體方法包括:鹽差能發電模式和海水淡化模式； 鹽差能發電模式為:料液集水罐中的污水通過管道循環栗栗入到正滲透膜組的淡水通道中，驅動溶液集水罐中的海水通過增壓栗栗入到正滲透膜組的海水通道中，在滲透壓的作用下，污水中的淡水滲透到海水側，使得正滲透膜組的海水通道內的流體靜壓力上升，正滲透膜組的海水通道與水輪發電機相連，并利用上升的流體靜壓力驅動水輪發電機運轉，以將鹽差能轉化為電能； 海水淡化模式為:流經水輪發電機的海水被海水淡化栗栗入到反滲透膜組，在反滲透作用下，部分海水被淡化形成淡水。
【文檔編號】C02F1/469GK105948186SQ201610320768
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】袁鵬, 王友東, 王樹杰, 譚俊哲, 梁蘭健
【申請人】中國海洋大學